養(yǎng)牛場(chǎng)廢水處理工程改造
廣西某水牛研究所養(yǎng)殖場(chǎng)水牛存欄量約為850頭，日產(chǎn)牛尿及沖洗廢水約50m3。養(yǎng)殖場(chǎng)內(nèi)原有一套環(huán)保處理設(shè)施，但由于設(shè)施過于陳舊且無人管理，管路淤塞嚴(yán)重，設(shè)施處于癱瘓狀態(tài)，無法將養(yǎng)殖場(chǎng)廢水處理達(dá)標(biāo)排放。為解決長(zhǎng)期環(huán)保壓力的問題，本技改項(xiàng)目參照微生物降解技術(shù)的相關(guān)指標(biāo)，對(duì)水牛養(yǎng)殖場(chǎng)原有環(huán)保設(shè)施重新進(jìn)行升級(jí)改造，形成“固液分離+預(yù)處理+二級(jí)厭氧+好氧曝氣+微生物復(fù)合水體修復(fù)”相結(jié)合新型處理模式。新構(gòu)建了牛場(chǎng)污水治理系統(tǒng)和相關(guān)的配套設(shè)施，為微生物污水處理技術(shù)提供最佳環(huán)境。將沼氣工程技術(shù)改造的目標(biāo)從“能源回收”轉(zhuǎn)化為“環(huán)境保護(hù)”，不僅解決了該研究所在水牛良種培育過程中環(huán)保壓力的問題，還為規(guī)模化養(yǎng)牛場(chǎng)的生態(tài)養(yǎng)殖轉(zhuǎn)型提供經(jīng)驗(yàn)和借鑒。
1、項(xiàng)目概況
1.1 廢水水質(zhì)
經(jīng)過對(duì)水牛養(yǎng)殖場(chǎng)廢水長(zhǎng)期跟蹤檢測(cè)，水質(zhì)污染物指標(biāo)如表1所示。
1.2 技改思路
(1)由于廢水中含有大量難溶固體懸浮物，其中包括牛糞、樹葉、草渣等，簡(jiǎn)易的格柵難以有效攔截，很容易造成輸水管路和污水泵的淤堵，故新建一座預(yù)處理池及配套格柵、泵等設(shè)施，另外投加微生物通過微生物絮凝使得渣水分離，干濕分離機(jī)分離出的渣可作為固體有機(jī)肥運(yùn)到周邊牧草地進(jìn)行消納。
(2)重新培養(yǎng)馴化活性好的厭氧菌，投加到厭氧系統(tǒng)(CSTR一級(jí)厭氧、USR二級(jí)厭氧)。在此單元完成大部分污染物的分解代謝。
(3)另外利用原有水塘建立好氧曝氣+多級(jí)復(fù)合人工濕地，通過微生物降解、水生動(dòng)物代謝及水生植物吸收有機(jī)污染物(有機(jī)質(zhì)、氨氮及磷)，從而保證各類污染物達(dá)標(biāo)排放。
(4)由于周邊種植大量的牧草，通過厭氧發(fā)酵轉(zhuǎn)化為適合牧草吸收利用的水肥，使之無臭、不燒苗、不會(huì)造成地下水污染。
1.3 工藝流程
項(xiàng)目采用固液分離+預(yù)處理+二級(jí)厭氧+好氧曝氣+微生物復(fù)合水體修復(fù)組合工藝，其工藝流程圖如圖1所示。工藝流程為:牛場(chǎng)的污水經(jīng)格柵截住大塊懸浮固體、漂浮物等雜質(zhì)后進(jìn)入預(yù)處理池，料液在預(yù)處理池內(nèi)通過投加微生物菌劑，利用微生物絮凝作用減量，減少糞便臭味。后泵入全混合厭氧反應(yīng)器(CSTR)進(jìn)行一級(jí)厭氧發(fā)酵，后再進(jìn)入升流式固體厭氧反應(yīng)器(USR)進(jìn)行二級(jí)厭氧反應(yīng)。經(jīng)厭氧發(fā)酵后的污水從罐頂部流出進(jìn)入沉降池，厭氧出水在沉降池進(jìn)行泥水分離，沉降后污泥排至污泥池，上清液可作為液態(tài)有機(jī)肥灌溉牧草，另一部分泵入好氧曝氣及多級(jí)復(fù)合人工濕地，投加微生物和魚類及種植水生植物，形成一個(gè)完整生態(tài)鏈，將污染物進(jìn)一步分解代謝，確保出水達(dá)標(biāo)排放。沼氣經(jīng)脫硫后進(jìn)入貯氣柜貯存，最后沼氣采用60kW純沼氣發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電，電力可用于養(yǎng)殖場(chǎng)的生產(chǎn)用電。
1.4 工程設(shè)計(jì)
該技改工程總投資80多萬元，新增一座預(yù)處理池有效容積500m3，修繕厭氧系統(tǒng)單元以及改造利用水塘作為多級(jí)復(fù)合人工濕地。主要包括預(yù)處理系統(tǒng)、厭氧系統(tǒng)、好氧曝氣系統(tǒng)、多級(jí)水體復(fù)合修復(fù)系統(tǒng)、沼氣凈化及利用系統(tǒng)五個(gè)部分。
本項(xiàng)目的主要構(gòu)筑物及附屬設(shè)備情況見表2、表3。
2、工程調(diào)試及運(yùn)行結(jié)果
2.1 工程調(diào)試
本技改工程項(xiàng)目自2016年9月完工后，進(jìn)入工程調(diào)試階段。厭氧調(diào)試?yán)孟冉ǖ?00m3預(yù)處理池進(jìn)行菌種的富集工作，取發(fā)酵正常的沼氣池污泥100t加入先建預(yù)處理池，定期加一定量廢水產(chǎn)生較多的小細(xì)白色氣泡或污水經(jīng)常上下翻動(dòng)且pH值正常，再根據(jù)需要每天加入養(yǎng)殖場(chǎng)的廢水。當(dāng)厭氧菌已培養(yǎng)了近2個(gè)月，將富集的厭氧菌直接泵入?yún)捬跹b置進(jìn)入正常調(diào)試。污水進(jìn)水濃度由低到高，從產(chǎn)氣量和甲烷含量以及出水pH值進(jìn)行簡(jiǎn)單判斷，如產(chǎn)氣正常，甲烷含量在48%以上，pH值在7左右，說明就可以加大進(jìn)水，經(jīng)20d后，基本達(dá)到滿負(fù)荷狀態(tài)并每天攪拌2次，從外觀和pH值進(jìn)行判斷，當(dāng)產(chǎn)沼氣的甲烷成分大于50%以上時(shí)，表明產(chǎn)甲烷菌逐漸增多，調(diào)試已成功。
好氧池接種污泥，取其他污水處理設(shè)施的曝氣池的混合液，放入預(yù)處理池內(nèi)，用泵抽入池內(nèi)，使混合液在池內(nèi)反復(fù)循環(huán)，這時(shí)候微生物慢慢繁殖生長(zhǎng)，然后，開始逐步加入?yún)捬醭鏊M(jìn)行馴化，隨著活性污泥增長(zhǎng)而提高進(jìn)水比例，經(jīng)過1個(gè)多月，設(shè)施基本運(yùn)行正常。
多級(jí)微生物復(fù)合水塘調(diào)試的重點(diǎn)是培養(yǎng)修復(fù)水體環(huán)境的微生物益生菌，傳統(tǒng)的水體生境處理往往只是注重從植物到各級(jí)動(dòng)物之間建立的食物生態(tài)鏈系統(tǒng)或單一的水生植物系統(tǒng)，這種系統(tǒng)存在著季節(jié)性死亡、生態(tài)幅窄、自穩(wěn)定性差等問題，實(shí)際應(yīng)用效果不理想。調(diào)試過程中投加一定量的液態(tài)益生菌(富含乳酸菌、酵母菌、芽孢桿菌、放線菌、硝化細(xì)菌、亞硝化細(xì)菌、光合菌等)，這些菌種由母種及培養(yǎng)基配制而成。經(jīng)過近90天的調(diào)試，整個(gè)系統(tǒng)達(dá)到滿負(fù)荷運(yùn)行。
2.2 工藝運(yùn)行情況
該系統(tǒng)于2016年9月初開始調(diào)試，在三個(gè)多月調(diào)試中，原水經(jīng)過各級(jí)處理，尤其是微生物在各個(gè)單元發(fā)揮分解代謝，對(duì)COD、氨氮的去除效果顯著。
在三個(gè)多月的調(diào)試過程中，污水中主要污染物COD、氨氮濃度變化見圖2、3。
由圖2可知，原水COD濃度在3500～5000mg/L，預(yù)處理池出水COD在3300～4000mg/L，厭氧出水濃度在1000mg/L以下，經(jīng)過好氧曝氣與多級(jí)微生物復(fù)合水塘處理后出水COD濃度均在200mg/L以下，最低可降至85mg/L。從以上運(yùn)行結(jié)果可知，二級(jí)厭氧發(fā)酵可以有效降解污水中有機(jī)物，可降解污水中約75%的COD，這是因?yàn)閰捬蹙鷮?duì)營(yíng)養(yǎng)需求低，可降解的有機(jī)物分子數(shù)量多，且可以判定一個(gè)分布合理的微生物群體已經(jīng)在厭氧系統(tǒng)形成。
由圖3可知，原水的氨氮維持在500～700mg/L，厭氧出水的氨氮在400～600mg/L，好氧出水的氨氮到第60運(yùn)行日才可降至80mg/L以下。說明在好氧曝氣池與多級(jí)微生物復(fù)合水塘投加的菌種中硝化細(xì)菌、亞硝化細(xì)菌等通過氨化-硝化-反硝化作用將氨氮轉(zhuǎn)化為氮?dú)舛萑氪髿?。另外，水生植物也可吸收一部分的氨氮，水生?dòng)物可利用水生植物作為營(yíng)養(yǎng)，最后通過捕撈水生動(dòng)物、收割水生植物，污染物最后以資源化水產(chǎn)品方式轉(zhuǎn)移出去。
2017年3月，對(duì)進(jìn)出水樣進(jìn)行送檢，結(jié)果見表4。
由表4可看出，本項(xiàng)目經(jīng)過技術(shù)改造后，出水的各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)優(yōu)于《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》GB18596-2001標(biāo)準(zhǔn)，最終實(shí)現(xiàn)污水達(dá)標(biāo)排放。
2.3 結(jié)果分析與討論
從監(jiān)測(cè)結(jié)果看出：采用“干濕分離+污水厭氧+好氧處理+深度處理”相結(jié)合的糞污處理模式能實(shí)現(xiàn)廢水達(dá)標(biāo)排放，但還需注意以下幾點(diǎn)：
(1)對(duì)處理任何一種糞污，如果需要達(dá)標(biāo)排放，最好先進(jìn)行固液前分離，分離出難降解的固體物質(zhì)。另外本項(xiàng)目還在預(yù)處理池投加微生物，通過絮凝作用將糞污的大顆粒進(jìn)行固定化，不僅大大降低SS，還減少固形物釋放出可溶解性COD，減輕后續(xù)處理難度。
(2)本項(xiàng)目處理對(duì)象是牛場(chǎng)的糞污，糞便中最難降解的纖維素是木質(zhì)素，所以在接種菌種時(shí)引入分解木質(zhì)素能力強(qiáng)的粉狀的側(cè)孢菌等。
(3)由于厭氧微生物本身繁殖緩慢，而且牛場(chǎng)排放的糞污含有木質(zhì)素、蛋白質(zhì)、多糖類物質(zhì)微生物可分解的大分子有機(jī)物，所以應(yīng)適當(dāng)延長(zhǎng)料液在厭氧消化期內(nèi)的水力停留時(shí)間，才能達(dá)到設(shè)計(jì)處理效果。
(4)經(jīng)過多年的調(diào)試經(jīng)驗(yàn)，溫度的影響對(duì)厭氧微生物的繁殖及生長(zhǎng)有重大的影響，所以在厭氧系統(tǒng)調(diào)試過程中一定要將料液的溫度提高至所選擇的中溫發(fā)酵溫度(35℃)才能有效保證其處理效率。
(5)氨氮、磷等富營(yíng)養(yǎng)性污染物通過好氧曝氣與多級(jí)復(fù)合微生物系統(tǒng)去除，在進(jìn)行維護(hù)過程中，每三個(gè)月需補(bǔ)充一定量的微生物來維持整個(gè)系統(tǒng)平衡。
